近日，上海(hai)騰拔Universal TA質(zhì)構(gòu)儀(yi)助力浙江(jiang)大學(xue)研究人員(yuan)在國際食(shi)品期刊《Journal of Food Engineering》(Q1，IF：5.5)發(fā)表了(le)題為"Microscale 3D printing of fish analogues using soy protein food ink"的研究(jiu)論文。

由3D打印食(shi)品技術(shù)制(zhi)造的植(zhi)物基仿肉越來(lai)越受歡迎。在(zai)該研究(jiu)中，研(yan)究人員使用(yong)大豆分離(li)蛋白(SPI)、黃原膠(jiao)(XG)和大米(mi)淀粉(RS)作為食(shi)品油墨(mo)用于3D打印仿(fang)魚；研究人(ren)員評(ping)估了不同濃(nong)度比率(lv)下SPI/XG/RS食品油(you)墨的(de)可打印性。通過(guo)調(diào)整打印(yin)參數(shù)(shu)，研究人員(yuan)成功獲得真實(shi)魚肌(ji)纖維范圍內(nèi)細(xi)絲(寬度97.36μm)的(de)高打印分辨(bian)率。通過調(diào)節(jié)結(jié)(jie)構(gòu)幾何形狀(zhuang)，研究(jiu)人員獲得具有(you)類似真實魚(yu)肉質(zhì)構(gòu)的(de)仿魚(yu)，這揭(jie)示了3D打印可(ke)以將仿肉調(diào)(diao)節(jié)出類似肌(ji)纖維質(zhì)(zhi)構(gòu)的能力。研究(jiu)證實(shi)微尺(chi)度上高(gao)精度3D打(da)印可以(yi)產(chǎn)生(sheng)植物(wu)基類似魚(yu)肉的結(jié)構(gòu)，為3D打(da)印出具有令(ling)人愉悅口感的(de)仿肉提供了(le)一個系統(tǒng)方(fang)法。

在該研究中，研(yan)究人員使(shi)用上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)儀測定(ding)了真實(shi)黃花魚和仿魚(yu)的硬度、彈性(xing)、粘附(fu)力、咀嚼性和膠(jiao)粘性(xing)指標。使用(yong)200 μm或600 μm錐形針3D打印(yin)的不(bu)同孔隙率(lv)(15.86%、35.64%、56.69%和73.59%)網(wǎng)(wang)架結(jié)構(gòu)(2 × 2 × 1 cm³)，然后(hou)用上海騰拔(ba)Universal TA質(zhì)構(gòu)(gou)儀配置直徑(jing)36mm柱形探頭(tou)對其(qi)進行測試。樣品(pin)在85℃下蒸制5分(fen)鐘，然后(hou)將蒸(zheng)制好的樣品放(fang)在質(zhì)構(gòu)儀(yi)測試(shi)平臺上，用(yong)柱形探頭以(yi)1mm/s的速度下壓(ya)樣品30%。

仿肉和仿魚(yu)的質(zhì)構(gòu)(gou)顯著受其結(jié)(jie)構(gòu)、力學和表面(mian)性質(zhì)(zhi)所決(jue)定。一些質(zhì)構(gòu)(gou)指標可以通(tong)過全質(zhì)(zhi)構(gòu)分析來測(ce)定，包括(kuo)硬度、彈性(xing)、粘附力、咀嚼性(xing)和膠(jiao)粘性。前(qian)三者為初級(ji)質(zhì)構(gòu)指標，后(hou)兩者為(wei)次級全質(zhì)(zhi)構(gòu)分析變(bian)量。在該(gai)研究(jiu)中，研究人員使(shi)用200 μm或600 μm噴嘴(zui)制造的不同(tong)孔隙率(lv)打印(yin)樣品，將其蒸(zheng)制，然(ran)后探(tan)究其質(zhì)構(gòu)(gou)特性，并將其(qi)與黃(huang)花魚(yu)背部(bu)肌肉對(dui)比。為了說(shuo)明打印(yin)樣品與(yu)真實魚的相(xiang)似，我們(men)將黃花魚背(bei)部肌肉每個質(zhì)(zhi)構(gòu)指標(biao)的平(ping)均值定義為10分(fen)。仿魚打印樣(yang)品相(xiang)應(yīng)的平均值和(he)標準差根(gen)據(jù)比例也被(bei)計算。

硬度是阻(zu)止變形的(de)力。在上圖a中(zhong)，當孔隙率從15.86%增(zeng)加到73.50%，樣(yang)品硬度逐(zhu)漸下降(jiang)。對于200 μm噴嘴打印(yin)的樣品，硬(ying)度從7.11 ± 0.87 N下降到 1.90 ± 0.16 N；而對(dui)于600 μm噴嘴打(da)印的樣品，樣品(pin)硬度從3.82 ± 0.46 N下(xia)降到0.62 ± 0.15 N，這(zhe)表面更小的(de)孔隙率和更細(xi)的細絲能夠產(chǎn)(chan)生更大的硬度(du)。在打印期間(jian)，更小的噴嘴(zui)帶來的更大(da)硬度導(dao)致食品油墨中(zhong)的原料更(geng)緊湊，且(qie)在質(zhì)構(gòu)分(fen)析中很難變(bian)形。因此，在相同孔(kong)隙率下，200 μm細絲(si)制備的(de)樣品(pin)比600 μm細(xi)絲制備的(de)樣品更硬。孔(kong)隙率15.86%的200μm細絲打印樣品(pin)硬度(7.11 ± 0.87 N) 非常接近(jin)其真實對(dui)照物(7.04 ± 1.77 N)。

當變形力去除(chu)后物體(ti)恢復(fù)到其(qi)未變形(xing)狀態(tài)的比率被(bei)定義為(wei)彈性。在上圖(tu)b中，不(bu)管精(jing)度和孔隙率(lv)，所有打印樣品(pin)的彈(dan)性大約為0.6。這說(shuo)明SPI/XG/RS質(zhì)地彈(dan)性取決于原料(liao)配方，而很(hen)少受(shou)打印參數(shù)的影(ying)響。蒸制S20 × 3R15食品油(you)墨材料(liao)彈性媲(pi)美真實黃(huang)花魚背部肌(ji)肉彈性(0.58 ± 0.09)。

為了克服(fu)食物(wu)表面與與(yu)食物(wu)接觸(chu)的材料(liao)表面(mian)之間的吸(xi)附力，需(xu)要一個反(fan)作用力，并(bing)將其定義為粘(zhan)附力(li)。在上(shang)圖c中(zhong)，不管孔隙(xi)率和打印(yin)精度(du)，所有(you)打印(yin)樣品的粘附(fu)力大約為(wei)2.5，這可能(neng)也與材(cai)料本(ben)身有(you)關(guān)。打印樣(yang)品的粘(zhan)附力接近真(zhen)實魚(yu)的粘附力(2.21 ± 0.93)。

咀嚼性被(bei)定義為(wei)咀嚼固體樣品(pin)到吞咽狀態(tài)(tai)所需的能量(liang)，它被定義為(wei)是硬(ying)度*內(nèi)(nei)聚性*彈性。在上(shang)圖d中，打印樣品(pin)的咀嚼(jue)性隨孔隙率和(he)打印精度變化(hua)。隨著孔隙率從(cong)15.86%變化到73.50%，對(dui)于200 μm細絲，咀嚼(jue)性從248.72 ± 38.18變(bian)化到(dao)80.26 ± 7.82；對于600 μm細絲，咀嚼性從(cong)154.28 ± 21.33 變化(hua)到23.28 ± 4.83。黃花魚真實背部(bu)肌肉的咀(ju)嚼性為185.76 ± 74.79，這與孔隙率為(wei)15.86%的200 μm細絲(si)打印樣品咀嚼(jue)性 (248.72 ± 38.18)一致。

膠粘性(xing)是瓦(wa)解一(yi)個半固體(ti)食品到(dao)利于吞(tun)咽狀態(tài)所需的(de)能量(liang)，被定(ding)義為是硬(ying)度*內(nèi)聚性。上圖(tu)e顯示了不(bu)同孔(kong)隙率和細絲(si)對打印樣(yang)品膠粘性的(de)影響。隨著(zhe)孔隙率(lv)的增(zeng)加，打印樣品(pin)膠粘性發(fā)生(sheng)下降。對于200 μm細絲打印樣品(pin)，膠粘性從436.36 ± 51.42下降(jiang)到116.14 ± 9.94；然(ran)而，對于600 μm細絲打(da)印樣(yang)品，膠粘性從246.48 ± 24.74下(xia)降到35.37 ± 8.72。黃花魚(yu)背部肌肉真(zhen)實膠粘性(xing)為321.85 ± 113.66，與孔隙率(lv)為15.86%的200 μm細絲打印(yin)樣品膠(jiao)粘性值(436.36 ± 51.42)相似(shi)。

總之(zhi)，研究人員通(tong)過不(bu)同的孔隙率和(he)噴嘴大(da)小來(lai)調(diào)節(jié)3D食品質(zhì)構(gòu)(gou)特性。通過控(kong)制食品油墨(mo)配方和設(shè)計(ji)模型，我們可能(neng)創(chuàng)造具(ju)有特定質(zhì)構(gòu)的(de)個性化食(shi)品。在此，研究人(ren)員生產(chǎn)出(chu)孔隙(xi)率為15.86%的200 μm細絲打印樣品，被叫做“仿(fang)魚"，其具(ju)有黃花魚真實(shi)背部肌肉(rou)一樣的質(zhì)(zhi)構(gòu)特(te)性，特別是硬(ying)度和彈(dan)性。

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Microscale 3D printing of fish analogues using soy protein food ink